Evaluation der Entwicklung heterotoper Ossifikationen durch Bone Sialoprotein (BSP) im Muskel-Pouch-Modell der Ratte
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Die demografische Alterung stellt das Gesundheitssystem vor erhebliche gesellschaftliche Herausforderungen, die bereits heute sowohl im ambulanten als auch im stationären Sektor deutlich sichtbar sind. Neben der tertiären Prävention ist insbesondere die Förderung von Autonomie, sozialer Teilhabe sowie die Lebensqualität im höheren Alter von entscheidender Bedeutung. Bei erhöhtem Sturzrisiko und geringerer Knochendichte sind Knochenersatzmaterialien zukünftig unabdingbar. Das Bone Morphogenic Protein ist in vielen menschlichen Geweben präsent und wird bereits klinisch für seine osteoinduktiven und -regulativen Eigenschaften genutzt [6, 7]. Das Bone-Sialoprotein, ein Mitglied der small integrin-binding ligand N-linked glycoproteins, ist eine wesentliche Komponente der
extrazellulären Knochenmatrix. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen wurden sowohl in vitro als auch in vivo mehrfach potenzielle Einflüsse des BSP auf den Knochenstoffwechsel nachgewiesen [5;112;120-127;229]. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die osteoinduktive Eigenschaft des BSP der SIBLING-Familie anhand des Muskel-Pouch-Modells an 51 männlichen Wistar-Ratten im Alter von sechs Wochen untersucht. Ziel war es, die potenzielle Knochenbildung durch BSP mittels Kollagen-Typ-1-Scaffolds zu evaluieren. Hierzu wurden zwei unterschiedliche Konzentrationen des BSP untersucht. Das BMP diente als Positivkontrolle, da es in zahlreichen früheren Studien osteoinduktive Eigenschaften gezeigt hat [231-233]. Die Auswertung wurde durch regelmäßige Röntgenkontrollen über einen Zeitraum von sechs bis acht Wochen durchgeführt. In der ersten Versuchsreihe wurden insgesamt 70 Scaffolds an 35 Versuchstieren untersucht. Die Implantation erfolgte in die distale Oberschenkelmuskulatur streckseitig an beiden unteren Extremitäten. In 60 % der implantierten Scaffolds im Behandlungsarm der BSPld wurden HO-Formationen mit einer durchschnittlichen Größe von 0,60 mm +/- 0,70 mm festgestellt. Diese waren im Vergleich zur Negativkontrolle (p = 0,04) sowie zur BSPhd-Gruppe (p < 0,05) insgesamt größer. Die ektopen Verknöcherungen der Positivkontrolle hatten eine durchschnittliche Größe von 3,19 mm +/- 1,24 mm. Im Vergleich zu den anderen Behandlungsarmen des Experiments waren diese signifikant größer (BSPld p < 0,05; BSPhd p < 0,05; Negativkontrolle p < 0,05). An Tag 14 war das maximale Größenwachstum der einzelnen heterotopen Ossifikationen sichtbar. Die Verknöcherungen nahmen im weiteren Verlauf ab und waren teilweise nicht mehr nachweisbar. Einige der HO blieben jedoch über Wochen hinweg in ihrer Größe konstant bis zum Zeitpunkt der Euthanasie der Versuchstiere. Unterschiede innerhalb der Versuchsgruppen könnten auf unterschiedliche Bindungskapazitäten der RGD-Sequenzen sowie der möglichen Zielzellen (z.B. Osteoblasten, Fibroblasten, mesenchymale Zellen) zurückzuführen sein. In der zweiten Versuchsreihe wurden insgesamt 12 Ratten mit je 4 Scaffolds operiert. Die Implantation der Kollagenschwämme erfolgte in die proximale Oberschenkel- und Unterschenkelmuskulatur beidseits. Nach drei Wochen zeigten weder konventionelle Radiologie noch µCT-Aufnahmen Hinweise auf ektope Ossifikationen in beiden BSP-Gruppen, sodass die Tiere nach 21 Tagen abgesetzt wurden. Die Ossifikationsrate für BSP lag bei 0 %. Die Lokalisation der Scaffolds war besonders für das niedrig dosierte BSP wichtig. Es gab einen signifikanten Unterschied in der Anzahl ektoper Verknöcherungen durch BSPld zwischen den zwei Versuchsreihen (p < 0,01). Heterotope Ossifikationen traten nur in der ersten Versuchsreihe im distalen Bereich des Musculus vastus lateralis auf. Diese Studie zeigt, dass BSP osteoinduktive Eigenschaften besitzt. Weitere Forschung könnte sich auf die optimale BSP-Konzentration sowie Platzierung der Knochengerüste konzentrieren. Zusätzlich sind histologische und immunhistochemische Untersuchungen erforderlich, um die knochenbildende Funktion des BSP weiter zu bewerten und mögliche Interaktionen sowie Prozesse auf Zellebene zu identifizieren. Auf Basis der derzeitigen Datenlage ist es möglich, dass BSP zukünftig im Rahmen therapeutischer Ansätze klinisch relevant wird.